(57)【要約】【課題】  水と熱の供給によって反復的に熱を発生させることができる新規な発熱システム及び熱供給方法を提供する。【解決手段】  水和して発熱する金属塩を有する発熱部、発熱部に水分を供給して金属塩を水和させ、水和熱を発生させる水分供給装置、及び発熱部に熱を供給して金属塩から水分を除去する熱供給装置を有することを特徴とする発熱システムとする。また水和して発熱する金属塩に水分を供給して水和熱を発生させること、及び水和した金属塩に熱を供給して水分を除去し、金属塩を再生することを特徴とする熱供給方法とする。【選択図】      図１
2005300070.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水和して発熱する金属塩を有する発熱部、
前記発熱部に水分を供給して前記金属塩を水和させる水分供給装置、及び
前記発熱部に熱を供給して前記金属塩から水分を除去する熱供給装置、
を有することを特徴とする、発熱システム。
【請求項２】
前記発熱部が、前記金属塩を担持している多孔質材料を有することを特徴とする、請求項１に記載の発熱システム。
【請求項３】
前記熱供給装置として内燃機関を用いることを特徴とする、請求項１又は２に記載の発熱システム。
【請求項４】
前記発熱部への熱の供給と併せて、前記発熱部から気体を吸引することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の発熱システム。
【請求項５】
水和して発熱する金属塩に水分を供給して水和熱を発生させること、及び水和した金属塩に熱を供給して水分を除去し、金属塩を再生することを特徴とする、熱供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反復的に使用可能な発熱システム及び熱供給方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯといったアルカリ土類金属酸化物を水と反応させ、このときに発生する反応熱を使用する化学発熱システムは従来から知られており、これは例えば日本酒、弁当などの食品の一回きりの加熱のために使用されている。
【０００３】
アルカリ土類金属酸化物と水との反応は水酸化物を生成するが、これらの水酸化物に熱を加えて分解し、水を放出させ、元の酸化物に戻すこともできる。ここで水酸化物Ｍｇ(ＯＨ)2、Ｃａ(ＯＨ)2 、Ｓｒ(ＯＨ)2、Ｂａ(ＯＨ)2の分解温度は、それぞれ約２６０℃、約４８０℃、約５８０℃、約７３０℃である。
【０００４】
この反応による発熱を自動車等の暖機のために使用することも提案されており、例えば特許文献１では、長期に渡って安定に発熱反応を繰り返し行えるようにするために、閉鎖系におけるアルカリ土類金属酸化物と水との反応を利用する発熱システムを提案している。この発熱システムによれば、自動車用エンジン等の内燃機関のための触媒部、冷却水部、空気吸入部などを急速加熱することができる。この特許文献１では、水とこの酸化物とが反応してもたらされる水酸化物が空気中の炭酸ガスと反応し、分解温度が高く容易に水を除去できない炭酸塩が生成され、反応物質であるアルカリ土類金属酸化物が減少するというそれまでの技術の問題を見出している。この問題を解消するために、特許文献１では、アルカリ土類金属酸化物を閉鎖系に封入している。
【０００５】
またアルカリ土類金属酸化物を水と反応させてその反応熱を利用する化学的な発熱システムの他にも、多孔質材料にガス等を吸着させ、その吸着熱を利用する物理的な発熱システムも知られている。このような物理的な発熱システムでは、再生時の脱着効率の向上が難しいこと、吸着させるガスのためのタンクを必要とすること、反応ガスが時間の経過と共に減少するので補充する必要があること、吸着させるガスが多量に必要とされることなどの問題点が挙げられている。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−１８０５３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明では、従来技術によっては提案されていない発熱システム及び熱供給方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の発熱システムは、水和して発熱する金属塩を有する発熱部、発熱部に水分を供給して金属塩を水和させる水分供給装置、及び発熱部に熱を供給して金属塩から水分を除去する熱供給装置を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明の発熱システムによれば、金属塩の水和熱を利用して熱を発生させ、従って比較的低温で再生できる新規な発熱システムが提供される。
【００１０】
本発明の１つの態様では、発熱部が、金属塩を担持している多孔質材料を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明のこの態様によれば、金属塩を高分散に維持すること、金属塩を安定化すること、また金属塩の水和熱だけでなく、多孔質材料の水和熱も使用することができる。
【００１２】
本発明の１つの態様では、熱供給装置として内燃機関を用いることを特徴とする。
【００１３】
本発明のこの態様によれば、内燃機関からの廃熱を有効に利用することができる。
【００１４】
本発明の１つの態様では、発熱部への熱の供給と併せて、発熱部から気体を吸引することを特徴とする。
【００１５】
金属塩に水和した水和水は一般的に一定の温度で一定の水蒸気圧を示すので、本発明のこの態様によれば、金属塩及びその表面からの水分の除去を促進することができる。
【００１６】
本発明の熱供給方法は、水和して発熱する金属塩に水分を供給して水和熱を発生させること、及び水和した金属塩に熱を供給して水分を除去し、金属塩を再生することを特徴とする。
【００１７】
本発明の熱供給方法によれば、金属塩の水和熱を利用して熱を発生させ、従って比較的低温で再生できる新規な熱供給方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下では本発明を図に示した実施形態に基づいて具体的に説明するが、これらの図は本発明の発熱システムの概略を示す図であり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【００１９】
本発明の実施形態について図１を用いて説明する。ここで図１（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、本発明の発熱システムの発熱段階及び再生段階を示すブロック図である。
【００２０】
図１（ａ）において示す発熱段階の発熱システムでは、水和して発熱する金属塩を有する発熱部に、水分供給装置が水分を供給しており、水和によって発生した水和熱が熱消費部に供給されている。
【００２１】
また図１（ｂ）において示す再生段階の発熱システムでは、金属塩を有する発熱部に熱供給装置が熱を供給して、発熱部の金属塩から水分を除去している。
【００２２】
尚、このブロック図では熱消費部と熱供給装置とが別個のブロックで表されているが、これらは同じものであってもよい。すなわち図２（ａ）及び（ｂ）で示すように、発熱段階（ａ）において熱消費部として機能していた部分が、再生段階（ｂ）において熱供給装置として機能してもよい。またこれら図１及び２のブロック図では再生段階において金属塩から除去される水分が系外に放出されているが、この水分は水分供給装置において回収し、反復的に使用することもできる。
【００２３】
本発明の発熱システムは、反復的な加熱を必要とする任意の用途で使用することができるが、例えば自動車用エンジン等の内燃機関始動時に、燃焼部、触媒装置、冷却水及び／又は空気吸入部を加熱するために使用することができる。すなわち、これらを熱消費部とすることができる。
【００２４】
以下では、図に示した発熱システムを構成する各部について更に具体的に説明する。
【００２５】
水和して発熱する金属塩を有する発熱部は、任意の構成を有することができ、例えば金属塩を保持する反応容器であってよく、また例えば特許文献１で示されるように、多孔質管がペレット状に成形された金属塩を収納しており、反応容器が更にこの多孔質管を収納しているものであってよい。
【００２６】
また発熱部は、金属塩を担持している多孔質材料を収納した反応容器であってもよい。ここで使用できる多孔質材料としては、活性炭、ＦＳＭ−１６のようなメソポーラスシリカ、アルミナ、ゼオライト等を挙げることができる。このような多孔質材料への金属塩の担持は任意の方法で行うことができるが、例えばこれらの多孔質材料の粉末を金属塩含有溶液に混合し、乾燥及び成形して行うことができる。また多孔質材料への金属塩の担持は、多孔質材料を予め成形しておき、ここに金属塩含有溶液を含浸させ、乾燥して行うこともできる。多孔質材料を使用する場合、金属塩を高分散に維持し、且つ安定化できるだけでなく、図３に示すように、多孔質材料の吸着熱を使用することもできる。
【００２７】
発熱部に保持される金属塩としては、水和して発熱する任意の金属塩を用いることができるが、例えば塩化物塩、硫酸塩、硝酸塩、リン酸塩及びそれらの組み合わせからなる群より選択される金属塩、特に塩化物塩、また特に塩化ニッケル（ＮｉＣｌ2）、塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）、塩化鉄（ＦｅＣｌ3）、リン酸鉄（ＦｅＰＯ4）、硝酸マグネシウム（Ｍｇ（ＮＯ3）2）、硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ4）、塩化マンガン（ＭｎＣｌ2）を挙げることができる。発熱部に保持される金属塩は、発熱システムを使用する用途で得られる水分の形態（水蒸気、液体水又は水分含有ガス）、再生温度及び再生ガス等の再生条件、並びに発熱システムを使用する用途で要求される発熱量等に基づいて選択することができる。
【００２８】
水分供給装置は、発熱部の金属塩に水分を供給して水和熱を発生させる任意の装置であってよい。ここで供給する水分は、予めタンクなどに保持したものであっても、外気のように外部から採取されるものであってもよい。また水分供給装置は液体水、水蒸気又は水分含有ガスのいずれを金属塩に供給することもできるが、水蒸気又は水分含有ガスの供給は凝縮潜熱を発生させ、より多くの熱を発生させるので好ましい。
【００２９】
本発明の発熱システムを内燃機関に関して使用する場合、発熱部に供給する水分は内燃機関の排ガスから得ることもできる。すなわち、例えば自動車用エンジンからの排ガスは常に１０％程度の水分を含有しているので、この水分を採取して発熱部に供給すること、又はエンジンからの排ガスを、水分含有ガスとして直接に発熱部に供給することができる。
【００３０】
上述のように、水分供給装置は、金属塩の脱水反応によって発生する水分を回収するものであってもよい。この場合には、本発明の発熱システムを閉鎖系にして、金属塩が外気と接触しないようにすることもできる。
【００３１】
金属塩に熱を供給して水分を除去する熱供給装置は、金属塩からの水分の除去を達成できる任意の装置でよく、使用する金属塩からの水分の除去に必要とされる熱量及び温度等、並びに発熱システムを使用する用途における利用可能性等に基づいて選択することができる。従って本発明の発熱システムを内燃機関に関して使用する場合、熱供給装置は内燃機関自体であってよい。この場合、内燃機関から発熱部への熱、特に廃熱の供給は任意の様式で行うことができるが、例えば図４（ａ）で示すように、内燃機関と発熱部とを熱的に接触させておくこと、図４（ｂ）に示すように、発熱部に供給される外気等を介して発熱部に熱を供給すること、及び図４（ｃ）に示すように、熱エネルギーを有する排ガスを発熱部に供給すること等ができる。
【００３２】
ここで示されているように、発熱部に熱を供給するのと併せて発熱部にガスを供給して、水分の除去を促進することができる。この場合、発熱部に供給されるガスは好ましくは、予め水分分離装置に流通させて乾燥させたガスである。本発明の発熱システムでは金属塩とその水和物との間の反応を利用しているので、このようなガスの供給による水分除去の促進は、金属塩及びその周囲からの脱水を促進するのに好ましいことがある。
【００３３】
また発熱部に熱を供給するのと併せて、発熱部から気体を吸引することができる。この場合、発熱部からの気体の吸引のためには、任意のポンプを使用することができる。本発明の発熱システムを内燃機関に関して使用する場合、このポンプは内燃機関によって直接に駆動力を与えられるものであっても、内燃機関を用いて発電した電力を与えられるものであってよい。
【００３４】
以下に本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【実施例】
【００３５】
［実施例１］
２０ｇのＦＳＭ−１６粉末、３．８１ｇのＣａＣｌ2・Ｈ2Ｏを２００ｍｌの水に投入し、１時間にわたって撹拌した後で、１２０℃で１時間にわたって乾燥した。得られた粉末を直径１〜２ｍｍのペレットに成形して実験に使用した。
【００３６】
［実施例２］
２０ｇのアルミナ粉末、３．８１ｇのＦｅＣｌ3・６Ｈ2Ｏを２００ｍｌの水に投入し、１時間にわたって撹拌した後で、１２０℃で１時間にわたって乾燥した。得られた粉末を直径１〜２ｍｍのペレットに成形して実験に使用した。
【００３７】
［実施例３］
２０ｇのＦＳＭ−１６粉末、３．８１ｇのＮｉＣｌ2・Ｈ2Ｏを２００ｍｌの水に投入し、１時間にわたって撹拌した後で、１２０℃で乾燥した。得られた粉末を直径１〜２ｍｍのペレットに成形して実験に使用した。
【００３８】
［比較例１］
ＣａＯのみを直径１〜２ｍｍのペレットに成形して実験に使用した。
【００３９】
［比較例２］
ＦＳＭ−１６粉末のみを直径１〜２ｍｍのペレットに成形して実験に使用した。
【００４０】
［評価］
実験室用管状炉内に配置された石英管に実施例１のペレット２ｇを配置した。Ｎ２ガス（０．５Ｌ／分）を３００℃で１時間にわたって供給してサンプルを脱水再生した後で、１０％の水分を含有する空気（１Ｌ／分）を室温で供給して水和発熱させた。これらの脱水再生及び水和発熱サイクルを３回行って、３回目の水和発熱過程でのペレットの床温を測定し、最高温度を記録した。また実施例２及び３と比較例１及び２についても、同様にして測定を行った。結果は表１に示している。
【表１】
2005300070.tif 000003
【００４１】
この表からは、この再生温度（３００℃）及び供給ガスにおいては、酸化カルシウムのみを使用する発熱システム及び吸着熱のみを使用する発熱システムと比較して、本発明の発熱システムが良好な発熱を示すことが分かる。特に従来一般的に使用されている酸化カルシウムの系は、この再生温度及び供給ガスでは充分な発熱を示さないことが分かる。これは水酸化カルシウムから酸化カルシウムへの再生は、一般に５００℃程度の高温を必要とすることによる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の発熱システムの動作を示すブロック図である。
【図２】本発明の他の発熱システムの動作を示すブロック図である。
【図３】本発明の発熱システムの１つの態様の発熱原理を示す概念図である。
【図４】本発明の発熱システムにおける熱供給の複数の態様を示すブロック図である。
【図１】
2005300070.tif 000004
【図２】
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【図３】
2005300070.tif 000006
【図４】
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